基于STEM教育的高中生物项目导学教学实践

谢雪锦

摘要 以“杂交育种与诱变育种”课堂教学实践为案例，阐述STEM教育理念下的高中生物项目“设计“搭载活体蝶蛹”实验方案”导学模式，通过项目问题的解决，激发学习的兴趣，激活思维融合的潜能，提升高中生的生物学素养。

关键词 STEM教育 高中生物项目导学 教学实践

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

高中生物项目导学指围绕某个高中生物知识或高中生物核心概念、实验过程或教学环节，以新情境下的项目活动来引导，学生在完成项目任务的实践过程中综合运用已学知识，学习掌握相关高中生物知识、理解生命现象和规律，将高中生物知识由感性认识上升到理性认知，构建系统性、工程化的生物学概念的一种教学方式。

笔者在教授人教版高中生物《必修2·遗传与进化》第六章第一节“杂交育种与诱变育种”课堂教学中，结合“太空微重力环境下”空间站试验载荷约束条件的创意科学实验方案项目，设计了“搭载活体蝶蛹”实验方案，尝试以STEM教育，整合科学、技术、工程和数学的理念，在复杂的项目情境中，以数学为基础工具，利用生物学相关技术，通过项目问题的解决认知生命现象和生命活动规律，充分体现STEM教育的情境性和实践性，构建系统性的工程化的高中生物知识框架和高中生物模型体系，在项目导学实践活动中提高学生学习生物学的兴趣，增强学习的积极性、主动性，系统地提高学生的各项能力，提升高中学生的生物学学科核心素养。

1创设情境、确定目标

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中课程目标的要求是，学生能树立生命观念，形成科学思维的习惯，掌握科学探究的思路和方法，善于从实践的层面探讨或尝试解决现实生活问题：具有开展生物学实践活动的意愿和社会责任感，能综合运用所学生物学知识及掌握生物学基本技能，创新性地解决生活及社会生产实际情境中的问题。STEM教育也正是在新情境下解决具体问题，二者皆有情境性特征。

高中生物项目导学首先要确定核心素养目标，再进一步细化项目导学目标，围绕不同的项目目标创设对应的教学情境，思考如何在达成目标的情境中锻炼或培养学生相应的生物学素养。

“搭载活体蝶蛹”方案设计项目活动主要从方案设计和育种知识的学习围绕STEM四个方面进行目标设置，有效地激发学生的学习兴趣。

1科学性目标：了解杂交育种与诱变育种的概念，理解杂交育種方法的优点和不足等知识。

2技术性目标：举例阐述杂交育种与诱变育种技术在生产中的应用，掌握遗传和变异规律在生产实践中的应用。

3工程性目标：杂交育种与诱变育种知识体系模型构建与空间站搭载蝶蛹实验方案设计处理。

4数学性目标：搭载实验方案设计蝴蝶杂交实验遗传比例、化蝶成功率等的测算。

2导学实践、构建体系

确立项目目标后，教师要思考：达成相应目标需要解决什么问题？解决这些问题已具备哪些知识？还需学习哪些新的知识？这些知识对应的情境如何设计？通过怎样方式获得并得到巩固？如何促使学生的思维与能力得到提升？这些是项目导学实践的基础。

本案例主要通过四个项目活动，完成导学实践。

2.1项目活动一：巧获蝶蛹

2.1.1课前学习指导，准备资料

教师介绍搜集资料的途径，引导学生搜集育种事例，从遗传和变异角度了解我国育种实践方面知识，初步认识遗传和变异原理在生产实践上的应用。

2.1.2课上引发回忆，导入新课

教师启发学生复习、回顾前面已学习的遗传和变异知识，接着提供学习资料：生物群体在没有自然选择作用下，一般是显性个体数多于隐性个体数。现有绿眼、紫翅蝴蝶与白眼、黄翅蝴蝶亲本，已知绿眼、黄翅更适应失重环境，且蝴蝶的绿眼和紫翅是显性性状，白眼和黄翅是隐性性状。同时，提出问题：

1选择育种中“选择”的定义是什么？2选择育种有哪些优点和不足？3搭载实验方案设计中如何选育相应的品种

（蝶蛹）？依据的遗传学原理是什么？为了实现选育目标，应如何操作？

学生小组交流、讨论，教师引导学生代表上台介绍说明，进一步启发学生间的质疑、互动、交流，使学生逐步理解杂交育种概念，完成育种方案，形成共识。

教师继续追问：利用杂交育种获得能稳定遗传的纯合子蝶蛹至少需要多少年的时间？师生共同分析，得出杂交育种获得稳定遗传的纯合子的结论。

2.2项目活动二：巧护蝶蛹

了解了蝴蝶的育种方案后，思考方案中需将蝶蛹送入太空应如何保护，由小组汇报选择的蝶蛹处理方案。教师启发学生从生物学角度，如温度、湿度、杂交类型等;或者从材料选择角度，如经济性及适合太空运行的材质、包裹方式的选择与设计等;或者从工程学角度，如整体协调性、考虑包装的重量、水电等需求等进行设计，增加知识的融合思考和思维的综合性培养。

2.3项目活动三：深究护蛹原理

教师追问：蝶蛹处理方式的考虑因素主要是什么？并引导学生思考得出：蝶蛹运送到太空中可能受到辐射、失重等影响的原因。教师顺利抛出诱变育种的话题，引入诱变育种的探究活动，引导学生分析诱变育种的影响因素，归纳诱变育种包括物理因素和化学因素两种方法，学习我国在农作物诱变育种方面取得的成果，适时进行爱国主义思想教育。

2.4项目活动四：构建知识网络教师进一步设置探究活动：现有纯系绿眼黄翅和白眼紫翅蝴蝶品种，其中绿眼（Y）对白眼（y）是显性，紫翅（R）对黄翅（r）是显性，根据空间站搭载活体蝶蛹的需要，如何利用这两种亲本从中选育纯合绿眼紫翅蝶蛹。学生结合杂交育种的概念、杂交育种的优缺点展开思考，用遗传图解表示并用文字、箭头等简要归纳总结杂交育种的流程图（图1）。

教师检查，评析书写过程和结果，进一步构建本项目相关的知识网络。师生共同分析联系基因突变的特点。教师指导学生说出诱变育种的局限性并说明克服这一局限性采取的办法。

2.5项目活动五：完成方案

通过前期四个项目活动，教师引导学生在课后复习本项目的相关知识，完善形成完整的搭载实验设计方案。

3反馈评价、达成目标

学生在顺利完成相应的活动目标后，教师引导学生拓展学习，进一步学习掌握本项目的相关学科知识，提升高中学生的生物学学科核心素养。

3.1评价反馈

教师提供本节课的导学案，组织学生完成课堂小结，及时予以反馈、对本节的学习进行互动交流评价，对几种育种方法展开比较，总结杂交育种与诱变育种的原理与优缺点。

3.2拓展延伸

教师组织学生课后学习美国太空蝴蝶资料：美国宇航局第一批进入太空的帝王斑蝶幼虫变成蛹后，于2009年11月30日在国际空间站上变成蝴蝶。学生在课后探究比较蝶蛹进入太空后与自然状态下的孵化情况、蛹孵化后获得的孵化率、制作完成孵化率数据曲线图，提高数学素养，更好理解诱变育种等;开展实验研究，对蝶蛹返回地球后的变化进行定量和定性实验。另外，要求学生利用课后学习袁隆平杂交水稻的育种的相关成就，提升学生的爱国情怀。

参考文献：

石进德.项目导学在“酶本质的探索”科学史中的教学实践[J].生物学教学，2019，44（1）：29-31.